現(xiàn)在主流的變頻器基本使用的都是交-直-交的結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部的電路原理也基本相同，我們可以通過(guò)對(duì)主電路分析，來(lái)了解變頻器的內(nèi)部原理。
主電路中，我們分三部分介紹，分別是：
- 交流轉(zhuǎn)直流電路
- 直流轉(zhuǎn)交流電路
- 能耗制動(dòng)電路
一、交-直變換電路
交-直-交變頻器的交-直變換電路部分由整流電路、濾波電路、限流電路和電源指示電路組成。
交-直變換電路就是整流和濾波電路，其任務(wù)是把電源的三相(或單相)交流電變換成平穩(wěn)的直流電。
1、全波整流電路
在SPWM變頻器中大多采用橋式全波整流電路，在中、小容量的變頻器中整流器件采用不可控的整流二極管或二極管模塊，如下圖所示變頻器交-直變換電路中的VD1~ VD6。當(dāng)三相線電壓為380V時(shí)，整流后的電壓為510V左右。
2、濾波電路
在上圖中，濾波電路是指CF1和CF2。由于受到電解電容的電容量和耐壓能力的限制，濾波電路通常由若干個(gè)電容器并聯(lián)成一組，又由兩個(gè)電容器組CF1和CF2串聯(lián)而成。為了保證電容器組的電壓相等，在CF1和CF2旁各并聯(lián)一個(gè)阻值相等的均壓電阻RC1和RC2。
3、限流電路
1）在上圖中，限流電路是指串接在整流橋和濾波電容器之間，由限流電阻RL和短路開關(guān)SL組成的并聯(lián)電路。
2）限流電阻RL的作用是：變頻器在接入電源之前，濾波電容器CF(由CF1和CF2串聯(lián)而成)上的直流電壓UD=0。因此,變頻器剛接入電源的瞬間,將有一個(gè)很大的沖擊電流經(jīng)整流流向?yàn)V波電容，可能損壞整流橋。如果電容器的容量很大，還會(huì)使電源電壓瞬間下降而形成對(duì)電網(wǎng)的干擾。限流電阻RL是為了削弱該沖擊電流而串接在整流橋和濾波電容間的。
3）短路開關(guān)SL的作用是：如果限流電阻RL長(zhǎng)期接在電路內(nèi)，會(huì)影響直流電壓UD和變頻器輸出電壓的大小。所以，當(dāng)UD增大到一定程度時(shí)，令短路開關(guān)SL接通，把RL切出電路。SL大多由晶閘管構(gòu)成，在容量較小的變頻器中常由繼電器的觸點(diǎn)構(gòu)成。
4、電源指示電路
電源指示燈HL除了表示電源是否接通外，還有一個(gè)十分重要的功能，即在變頻器切斷電源后，表示濾波電容器CF上的電荷是否已經(jīng)釋放完畢。
由于CF的容量較大，而切斷電源又必須在逆變電路停止工作的狀態(tài)下進(jìn)行，所以CF沒(méi)有快速放電的回路，其放電時(shí)間往往長(zhǎng)達(dá)數(shù)分鐘。又由于CF上的電壓較高，如果不放完電，對(duì)人身安全將構(gòu)成威脅，故在維修變頻器時(shí)，必須等HL完全熄滅后才能接觸變頻器內(nèi)部的導(dǎo)電部分。所以，HL也具有提示保護(hù)的作用。
二、直-交變換電路
1、三相逆變橋電路
逆變橋電路的功能是把直流電轉(zhuǎn)換成三相交流電。逆變橋電路由下圖中的開關(guān)器件 V1~V6 構(gòu)成。目前中、小容量的變頻器中，開關(guān)器件大部分使用IGBT 管。
2、續(xù)流電路
續(xù)流電路由上圖中的VD7~VD12構(gòu)成。其功能如下：
1）為電動(dòng)機(jī)繞組的無(wú)功電流返回直流電路提供通路。
2)當(dāng)頻率下降從而同步轉(zhuǎn)速下降時(shí)，為電動(dòng)機(jī)的再生電能反饋至直流電路提供通路。
3）為電路的寄生電感在逆變過(guò)程中釋放能量提供通路。
3、緩沖電路
逆變管在關(guān)斷和導(dǎo)通的瞬間，其電壓和電流的變化率是很大的，有可能使逆變管受到損害。因此，每個(gè)逆變管旁還應(yīng)接入緩沖電路，以減緩電壓和電流的變化率。緩沖電路的結(jié)構(gòu)因逆變管的特性和容量等的不同而有較大差異，下圖所示的是比較典型的一種緩沖電路(由R01~R06、C01~C06、VD01~VD06構(gòu)成)。
各元件功能如下:
1）電容C01~C06
逆變管 V1~V6每次由導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)換成截止?fàn)顟B(tài)的過(guò)程中，集電極和發(fā)射極之間的電壓UCE將極為迅速地由近乎0V上升至UD。在此過(guò)程中，電壓增長(zhǎng)率是很高的，很容易導(dǎo)致逆變管損壞。C01~C06的功能便是減小V1~V6在關(guān)斷時(shí)的電壓增長(zhǎng)率。
2）電阻R01~R06
V1~V6每次由截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，C01~C06上所充的電壓(等于UD)將向V1~V6 放電。放電電流的初始值是很大的，并且將迭加到負(fù)載電流上，導(dǎo)致V1~V6 損壞。電阻R01~R06就是用來(lái)限制C01~C06對(duì)V1~V6的放電電流的。
3）二極管VD01~VD06
限流電阻R01~R06的接入，又會(huì)影響C01~C06在V1~V6關(guān)斷時(shí)限制電壓增長(zhǎng)率的效果，VD01~VD06接入后，在V1~V6的關(guān)斷過(guò)程中，使R01~R06不起作用。
三、能耗制動(dòng)電路
1、能耗制動(dòng)電路的作用
在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)的降速和停機(jī)是通過(guò)逐漸減小頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在頻率剛減小的瞬間，電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速隨之下降，而由于機(jī)械慣性的原因，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速未變。當(dāng)同步轉(zhuǎn)速低于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線的方向相反了，轉(zhuǎn)子電流的相位幾乎改變了180°,使電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，也稱為再生制動(dòng)狀態(tài)。
電動(dòng)機(jī)再生的電能經(jīng)續(xù)流二極管(上圖中的VD7~VD12)全波整流后反饋到直流電路中。由于直流電路的電能無(wú)法回輸給電網(wǎng)，只能由CF1和CF2吸收，使直流電壓升高為“泵升電壓”。過(guò)高的直流電壓將使變流器件受到損害。因此，當(dāng)直流電壓超過(guò)一定值時(shí)，就要求提供一條放電回路，將再生的電能消耗掉，這一條放電回路就是能耗制動(dòng)電路。
2、能耗制動(dòng)電路的構(gòu)成
能耗制動(dòng)電路由制動(dòng)電阻RB和制動(dòng)單元BV構(gòu)成，如下圖所示。
制動(dòng)電阻RB用于消耗掉直流電路中的多余電能，使直流電壓保持平穩(wěn)。制動(dòng)單元BV的功能是控制放電回路的工作，具體地說(shuō)，當(dāng)直流回路的電壓UD超過(guò)規(guī)定的限值時(shí)，VB導(dǎo)通，使直流回路通過(guò)RB釋放能量，降低直流電壓；而當(dāng)UD在正常范圍內(nèi)時(shí)，VB將可靠截止，以避免不必要的能量損失。